KR101673178B1 - Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same - Google Patents
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Abstract
리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지에 관한 것으로, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 코어; 상기 코어의 표면에 위치하고 하기 화학식 2-1 및/또는 화학식 2-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층; 및 Al을 포함하는 코팅층;을 포함하는 복합 코팅층;을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다.
[화학식 1]
LiaCo(1-b-c-d)MgbM1 cM2 dO(2-z)Fz
(상기 화학식 1에서,
M1 및 M2는 Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0.90<a<1.10, 0<b<0.1, 0<c<0.1, 0<d<0.1, 0<z<0.1 이다.)
[화학식 2-1]
M3Fx
(상기 화학식 2-1에서,
M3는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)
[화학식 2-2]
M4Fx
(상기 화학식 2-2에서,
M4는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)The present invention relates to a positive electrode active material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery comprising the same. A coating layer positioned on the surface of the core and comprising a compound represented by the following Chemical Formula 2-1 and / or Chemical Formula 2-2; And a coating layer comprising Al. The present invention also provides a cathode active material for a lithium secondary battery comprising the composite coating layer.
[Chemical Formula 1]
Li a Co (1-bcd) Mg b M 1 c M 2 d O (2-z) F z
(In the formula 1,
M 1 and M 2 are at least one or more metals selected from the group consisting of Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni and Mn; 0.90 <a <1.10, 0 <b < 0.1, 0 < d < 0.1, 0 < z <
[Formula 2-1]
M 3 F x
(In the above formula (2-1)
M 3 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
[Formula 2-2]
M 4 F x
(In the above formula (2-2)
M 4 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
Description
리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법 및 리튬 이차전지용 양극 활물질에 관한 것이다.
A method for producing a positive electrode active material for a lithium secondary battery, and a positive electrode active material for a lithium secondary battery.
최근 휴대용 전자기기의 소형화 및 경량화 추세와 관련하여 이들 기기의 전원으로 사용되는 전지의 고성능화 및 대용량화에 대한 필요성이 높아지고 있다.Recently, with regard to the tendency to miniaturize and lighten portable electronic devices, there is an increasing need for high performance and large capacity of batteries used as power sources for these devices.
전지는 양극과 음극에 전기 화학 반응이 가능한 물질을 사용함으로써 전력을 발생시키는 것이다. 이러한 전지 중 대표적인 예로는 양극 및 음극에서 리튬 이온이 인터칼레이션/디인터칼레이션될 때의 화학전위(chemical potential)의 변화에 의하여 전기 에너지를 생성하는 리튬 이차 전지가 있다.Cells generate electricity by using materials that can electrochemically react to the positive and negative electrodes. A representative example of such a battery is a lithium secondary battery that generates electrical energy by a change in chemical potential when the lithium ions are intercalated / deintercalated in the positive electrode and the negative electrode.
상기 리튬 이차 전지는 리튬 이온의 가역적인 인터칼레이션/디인터칼레이션이 가능한 물질을 양극과 음극 활물질로 사용하고, 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 충전시켜 제조한다.The lithium secondary battery is manufactured by using a material capable of reversible intercalation / deintercalation of lithium ions as a positive electrode and a negative electrode active material, and filling an organic electrolyte or a polymer electrolyte between the positive electrode and the negative electrode.
리튬 이차 전지의 양극 활물질로는 리튬 복합금속 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 등의 복합금속 산화물들이 연구되고 있다. As a cathode active material of a lithium secondary battery, a lithium composite metal compound is used. For example, composite metal oxides such as LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 and LiMnO 2 have been studied.
상기 양극 활물질 중 LiMn2O4, LiMnO2 등의 Mn계 양극 활물질은 합성하기도 쉽고, 값이 비교적 싸며, 과충전시 다른 활물질에 비하여 열적 안정성이 가장 우수하고, 환경에 대한 오염이 낮아 매력이 있는 물질이기는 하나, 용량이 적다는 단점을 가지고 있다.Of the above cathode active materials, Mn-based cathode active materials such as LiMn 2 O 4 and LiMnO 2 are easy to synthesize and are relatively inexpensive and have excellent thermal stability compared to other active materials in overcharging, However, it has a disadvantage of low capacity.
LiCoO2는 양호한 전기 전도도와 약 3.7V 정도의 높은 전지 전압을 가지며, 사이클 수명 특성, 안정성 또한 방전 용량 역시 우수하므로, 현재 상업화되어 시판되고 있는 대표적인 양극 활물질이다. 그러나 LiCoO2는 가격이 비싸기 때문에 전지 가격의 30% 이상을 차지하므로 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점이 있다.LiCoO 2 is a typical cathode active material commercially available and commercially available since it has good electric conductivity, high battery voltage of about 3.7 V, excellent cycle life characteristics, stability and discharge capacity. However, since LiCoO 2 is expensive, it accounts for more than 30% of the battery price, which causes the price competitiveness to deteriorate.
또한 LiNiO2는 위에서 언급한 양극 활물질 중 가장 높은 방전 용량의 전지 특성을 나타내고 있으나, 합성하기 어려운 단점이 있다. 또한 니켈의 높은 산화상태는 전지 및 전극 수명 저하의 원인이 되며, 자기 방전이 심하고 가역성이 떨어지는 문제가 있다. 아울러, 안정성 확보가 완전하지 않아서 상용화에 어려움을 겪고 있다.
LiNiO 2 also exhibits the highest discharge capacity of the battery among the above-mentioned cathode active materials, but it is difficult to synthesize LiNiO 2 . Also, the high oxidation state of nickel causes degradation of battery life and electrode life, and there is a problem that self discharge is severe and reversibility is low. In addition, it is difficult to commercialize it because the stability is not completely secured.
수명 특성이 우수한 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공하며, 상기 양극 활물질을 포함하는 양극을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공하는 것이다.
The present invention also provides a lithium secondary battery comprising the positive electrode active material and the positive electrode active material.
본 발명의 일 구현예에서는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 코어; 상기 코어의 표면에 위치하고 하기 화학식 2-1 및/또는 화학식 2-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층; 및 Al을 포함하는 코팅층;을 포함하는 복합 코팅층;을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다. In one embodiment of the present invention, a core comprising a compound represented by the following general formula (1); A coating layer positioned on the surface of the core and comprising a compound represented by the following Chemical Formula 2-1 and / or Chemical Formula 2-2; And a coating layer comprising Al. The present invention also provides a cathode active material for a lithium secondary battery comprising the composite coating layer.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
LiaCo(1-b-c-d)MgbM1 cM2 dO(2-z)Fz Li a Co (1-bcd) Mg b M 1 c M 2 d O (2-z) F z
(상기 화학식 1에서, (In the formula 1,
M1 및 M2는 Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0.90<a<1.10, 0<b<0.1, 0<c<0.1, 0<d<0.1, 0<z<0.1 이다.)M 1 and M 2 are at least one or more metals selected from the group consisting of Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni and Mn; 0.90 <a <1.10, 0 <b < 0.1, 0 < d < 0.1, 0 < z <
[화학식 2-1][Formula 2-1]
M3Fx M 3 F x
(상기 화학식 2-1에서,(In the above formula (2-1)
M3는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)M 3 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
[화학식 2-2][Formula 2-2]
M4Fx M 4 F x
(상기 화학식 2-2에서,(In the above formula (2-2)
M4는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)M 4 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
상기 M1은 Ca 일 수 있다. The M 1 may be Ca.
상기 M2은 Ti, Zr 또는 이들의 조합일 수 있다. The M < 2 > may be Ti, Zr or a combination thereof.
상기 Mg, M1 및 M2의 몰 도핑비율은, 서로 독립적으로 0.001 내지 0.01일 수 있다. The molar doping ratios of Mg, M 1 and M 2 may be 0.001 to 0.01, independently of each other.
상기 양극 활물질의 표면에 위치하는 화학식 2-1 및/또는 2-2를 포함하는 코팅층에서, 상기 화학식 2-1 및/또는 2-2는 서로 독립적으로 상기 도핑되는 M1 및/또는 M2 중 적어도 어느 하나와 결합한 불화 금속 화합물일 수 있다. 2-1 and / or 2-2 located on the surface of the positive electrode active material, wherein the formula (2-1) and / or (2-2) are independently of the doped M 1 and / or M 2 And may be a fluoride metal compound combined with at least one of them.
상기 화학식 2-1 및/또는 2-2로 표시되는 화합물은 서로 독립적으로, CaF2,또는 TiF4 일 수 있다. The compounds represented by the above formulas (2-1) and / or (2-2) may independently be CaF 2 or TiF 4 .
상기 양극 활물질의 표면에 위치하는 화학식 2-1 및/또는 2-2를 포함하는 코팅층에서, 상기 코팅층은 상기 코어부 금속에서 유래되는 불화 금속 화합물을 더 포함할 수 있다. The coating layer may further include a metal fluoride compound derived from the core metal in the coating layer comprising the chemical formula 2-1 and / or 2-2 located on the surface of the cathode active material.
상기 Al을 포함하는 코팅층은 AlF3, Al2O3, 또는 이들의 조합인 화합물을 포함할 수 있다. The coating layer comprising Al may include AlF 3 , Al 2 O 3 , or a combination thereof.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 표면에 위치하고 상기 화학식 2-1 및/또는 화학식 2-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층;을 포함하는 화합물과 상기 Al을 포함하는 코팅층의 중량비율은 0.02 내지 0.2일 수 있다.
A core comprising the compound represented by Formula 1; And a coating layer disposed on the surface of the core and including a compound represented by the general formula (2-1) and / or the general formula (2-2) and the coating layer comprising Al may be 0.02 to 0.2.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 하기 화학식 3로 표시되는 화합물을 포함하는 코어; 상기 코어의 표면에 위치하고 하기 화학식 4-1 및/또는 화학식 4-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층; 및 Al을 포함하는 코팅층;을 포함하는 복합 코팅층;을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다. In another embodiment of the present invention, a core comprising a compound represented by the following general formula (3): ???????? A coating layer positioned on the surface of the core and comprising a compound represented by the following Formula 4-1 and / or Formula 4-2; And a coating layer comprising Al. The present invention also provides a cathode active material for a lithium secondary battery comprising the composite coating layer.
[화학식 3](3)
Li[LiaA(1-a-b-c-d)MgbM1 cM2 d]O2 - zFz Li [Li a A (1-abcd) Mg b M 1 c M 2 d ] O 2 - z F z
(상기 화학식 3에서, A = NiαCoβMnγ이고, M1 및 M2는 서로 독립적으로, Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Mn, 또는 이들의 조합이고, -0.05 ≤ a ≤ 0.1, 0<b<0.1, 0<c<0.1, 0<d<0.1, 0<z<0.1이고, 0.6 ≤ α ≤ 0.81, 0.10≤ β≤0.20 및 0.10≤ γ≤0.20 이다.)(In the
[화학식 4-1][Formula 4-1]
M3Fx M 3 F x
(상기 화학식 4-1에서,(In the formula 4-1,
M3는 상기 화학식 3의 M1, 또는 M2로부터 유래된 것이고, 0<x≤4 이다.) M 3 is derived from M 1 or M 2 of the above formula (3), and 0 <x? 4.
[화학식 4-2][Formula 4-2]
M4Fy M 4 F y
(상기 화학식 4-2에서,(In the formula 4-2,
M4는 상기 화학식 3의 Ni, Co, Mn 또는 Mg로부터 유래된 것이고, 0<y≤4 이고,M 4 is derived from Ni, Co, Mn or Mg of the above formula (3), 0 <y? 4,
상기 양극 활물질 내 M1/M2의 중량비는 0.8 내지 1.2이다.)
The weight ratio of M 1 / M 2 in the cathode active material is 0.8 to 1.2.)
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 리튬 공급 물질, 전이 금속 전구체, Mg 공급 물질, M1 공급 물질, M2 공급 물질, 및 불소 공급 물질을 건식 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 소성하는 단계; 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 표면에 위치하고 하기 화학식 2-1 및/또는 2-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층;을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 수득하는 단계; 상기 수득된 양극 활물질과 Al을 포함하는 화합물 분말을 건식 혼합하여, 상기 수득된 양극 활물질의 표면에 Al을 포함하는 화합물 분말을 균일하게 부착시키는 단계; 및 상기 Al을 포함하는 화합물 분말이 부착된 양극 활물질을 소성하여, 상기 코어의 표면에 위치하고 하기 화학식 2-1 및/또는 화학식 2-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층; 및 Al을 포함하는 코팅층;을 포함하는 복합 코팅층;을 포함하는 양극 활물질을 수득하는 단계;를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, there is provided a process for preparing a lithium battery, comprising: dry-blending a lithium feed material, a transition metal precursor, a Mg feed material, an M 1 feed material, an M 2 feed material, and a fluorine feed material; Calcining the mixture; A core comprising a compound represented by the following formula (1); And a coating layer disposed on the surface of the core and comprising a compound represented by the following formula (2-1) and / or (2-2): (1) obtaining a cathode active material for a lithium secondary battery; Dry mixing the obtained positive electrode active material and a compound powder containing Al to uniformly adhere the compound powder containing Al to the surface of the obtained positive electrode active material; And a coating layer disposed on the surface of the core and comprising a compound represented by the following Chemical Formula 2-1 and / or Chemical Formula 2-2 by firing a cathode active material to which the Al-containing compound powder is adhered, And a coating layer comprising Al, and a step of obtaining a positive electrode active material comprising the composite coating layer.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
LiaCo(1-b-c-d)MgbM1 cM2 dO(2-z)Fz Li a Co (1-bcd) Mg b M 1 c M 2 d O (2-z) F z
(상기 화학식 1에서, (In the formula 1,
M1 및 M2는 Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0.90<a<1.10, 0<b<0.1, 0<c<0.1, 0<d<0.1, 0<z<0.1 이다.)M 1 and M 2 are at least one or more metals selected from the group consisting of Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni and Mn; 0.90 <a <1.10, 0 <b < 0.1, 0 < d < 0.1, 0 < z <
[화학식 2-1][Formula 2-1]
M3Fx M 3 F x
(상기 화학식 2-1에서,(In the above formula (2-1)
M3는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)M 3 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
[화학식 2-2][Formula 2-2]
M4Fx M 4 F x
(상기 화학식 2-2에서,(In the above formula (2-2)
M4는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)M 4 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
상기 Mg, M1, 및 M2의 공급물질은 서로 독립적으로 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 할로겐화물, 탄산염, 초산염, 옥살산염, 시트르산염, 또는 이들의 조합일 수 있다. The Mg, M 1 , and M 2 feed materials may independently be hydroxides, oxyhydroxides, nitrates, halides, carbonates, nitrates, oxalates, citrates, or combinations thereof.
상기 불소 공급물질은 암모늄염, 리튬염, 금속염, 또는 이들의 조합일 수 있다. The fluorine supplying material may be an ammonium salt, a lithium salt, a metal salt, or a combination thereof.
상기 Al을 포함하는 화합물은 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 할로겐화물, 탄산염, 초산염, 옥살산염, 시트르산염, 또는 이들의 조합일 수 있다. The Al-containing compound may be a hydroxide, an oxyhydroxide, a nitrate, a halide, a carbonate, a nitrate, a oxalate, a citrate, or a combination thereof.
상기 리튬 공급 물질, 전이 금속 전구체, Mg 공급 물질, M1 공급 물질, M2 공급 물질, 및 불소 공급 물질을 건식 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 소성하는 단계;에서, 상기 소성 온도는 800 내지 1050 ℃ 일 수 있다. Dry mixing the lithium supply material, the transition metal precursor, the Mg supply material, the M 1 supply material, the M 2 supply material, and the fluorine supply material; And firing the mixture, the firing temperature may be 800 to 1050 캜.
상기 Al을 포함하는 화합물 분말이 부착된 양극 활물질을 소성하여, 상기 코어의 표면에 위치하고 하기 화학식 2-1 및/또는 화학식 2-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층; 및 Al을 포함하는 코팅층;을 포함하는 복합 코팅층;을 포함하는 양극 활물질을 수득하는 단계;에서, 상기 소성 온도는 400 내지 800 ℃ 일 수 있다.
A coating layer disposed on the surface of the core and comprising a compound represented by the following Chemical Formula 2-1 and / or Chemical Formula 2-2 by firing a cathode active material to which the Al-containing compound powder is adhered; And a coating layer comprising Al. In the step of obtaining the cathode active material, the firing temperature may be 400 to 800 ° C.
본 발명의 또 다른 일 구현예에서는, 전술한 본 발명의 일 구현예 중 어느 한 구현예에 따른 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 포함하는 양극; 음극 활물질을 포함하는 음극; 및 전해질;을 포함하는 리튬 이차 전지를 제공한다.
According to another embodiment of the present invention, there is provided a positive electrode comprising a positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of the above embodiments of the present invention; A negative electrode comprising a negative electrode active material; And an electrolyte.
우수한 전지 특성을 갖는 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지를 제공할 수 있다.
A positive electrode active material having excellent battery characteristics and a lithium secondary battery including the same can be provided.
도 1은 리튬 이차 전지의 개략도이다.
도 2는 실시예 1의 양극 활물질에 대한 X선 광전자 분광 분석 그래프이다.1 is a schematic view of a lithium secondary battery.
FIG. 2 is an X-ray photoelectron spectroscopic analysis graph of the cathode active material of Example 1. FIG.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto, and the present invention is only defined by the scope of the following claims.
본 발명의 일 구현예에서는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 코어; 상기 코어의 표면에 위치하고 하기 화학식 2-1 및/또는 화학식 2-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층; 및 Al을 포함하는 코팅층;을 포함하는 복합 코팅층;을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공한다. In one embodiment of the present invention, a core comprising a compound represented by the following general formula (1); A coating layer positioned on the surface of the core and comprising a compound represented by the following Chemical Formula 2-1 and / or Chemical Formula 2-2; And a coating layer comprising Al. The present invention also provides a cathode active material for a lithium secondary battery comprising the composite coating layer.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
LiaCo(1-b-c-d)MgbM1 cM2 dO(2-z)Fz Li a Co (1-bcd) Mg b M 1 c M 2 d O (2-z) F z
(상기 화학식 1에서, (In the formula 1,
M1 및 M2는 Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0.90<a<1.10, 0<b<0.1, 0<c<0.1, 0<d<0.1, 0<z<0.1 이다.)M 1 and M 2 are at least one or more metals selected from the group consisting of Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni and Mn; 0.90 <a <1.10, 0 <b < 0.1, 0 < d < 0.1, 0 < z <
[화학식 2-1][Formula 2-1]
M3Fx M 3 F x
(상기 화학식 2-1에서,(In the above formula (2-1)
M3는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)M 3 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
[화학식 2-2][Formula 2-2]
M4Fx M 4 F x
(상기 화학식 2-2에서,(In the above formula (2-2)
M4는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)M 4 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
일반적인 리튬 코발트 복합 산화물은 고전압에서 용량 및 수명 열화가 심하다. 더욱이 고온 조건에서는 그 열화가 더 심화된다. In general, lithium cobalt complex oxides are severely degraded in capacity and lifetime at high voltage. Further, the deterioration is further intensified under high temperature conditions.
이 문제점을 개선하기 위하여 본 발명자는 코어부 구조 개선 및/또는 표면부의 표면 개질로 이 문제점를 개선할 수 있었다. To solve this problem, the present inventors have been able to improve this problem by improving the core part structure and / or surface modification of the surface part.
우선 코어부의 구조 개선을 위하여, 구조를 안정하게 하는 상기 M1 및/또는 M2의 도핑을 이용할 수 있다. First, in order to improve the structure of the core portion it can be used for the M 1 and / or the doping of M 2 to stabilize the structure.
구체적인 예를 들어, 상기 M1은 Ca 일 수 있다.For example, M 1 may be Ca.
구체적인 예를 들어, 상기 M2은 Ti, Zr 또는 이들의 조합 일 수 있다.For example, the M 2 may be Ti, Zr or a combination thereof.
상기 Mg, M1 및 M2의 몰 도핑비율은, 서로 독립적으로 0.001 내지 0.01 일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 초기용량의 과도한 감소와 효율 특성의 감소 없이 본 발명이 목적하는 효과를 얻을 수 있다. The molar doping ratios of Mg, M 1 and M 2 may be 0.001 to 0.01, independently of each other. If the above range is satisfied, the desired effect of the present invention can be obtained without excessively reducing the initial capacity and decreasing the efficiency characteristic.
상기 Mg, M1 및/또는 M2의 도핑을 위해 전구체와 함께 소성하는 방법을 이용하는 경우, 효과적인 소성 온도는 800 내지 1050℃ 일 수 있다. 800℃ 미만의 온도에서 소성할 경우에는 상온, 고온에서의 전지특성의 급격한 저하가 나타날 수 있다. 또한 1050℃ 초과의 온도에서 소성할 경우, 용량 및 용량 유지율의 급격한 저하가 일어날 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다. When using a method for firing with a precursor for the doping of the Mg, M 1 and / or M 2, an effective firing temperature may be 800 to 1050 ℃. When firing at a temperature of less than 800 DEG C, rapid deterioration of the battery characteristics at room temperature and high temperature may occur. Also, when firing at a temperature higher than 1050 DEG C, a drastic decrease in capacity and capacity retention rate may occur. However, the present invention is not limited thereto.
상기 소성 과정을 거치면서 상기 Mg, M1 및/또는 M2는 상기 코어에 도핑될 수 있다. The Mg, M 1, and / or M 2 may be doped into the core through the firing process.
그러나 상기 도핑 되는 원소들은 이온반경에 따라 코어에 도핑 되는 정도가 달라진다. 구체적인 예를 들어, 이온반경이 작은 Mg의 경우에는 코어에 도핑이 균일하게 되지만 이온반경이 큰 Ca, Ti, Zr 등 과 같은 원소들은 코어의 벌크 내에서 이온반경이 커 밀어내는 현상이 발생하여 코어부에 일부 도핑되나 표면에 존재하는 경향이 일부 있다. However, the degree of doping of the doped elements varies depending on the ion radius. For example, in the case of Mg having a small ion radius, the doping is uniform in the core, but elements such as Ca, Ti, and Zr having a large ion radius cause a phenomenon that the ion radius is increased in the bulk of the core, Part of the doping is partially doped, but there is some tendency to exist on the surface.
구체적인 예를 들어, 도 2의 X선 광전자 분광 분석(XPS)의 그래프에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 활물질에서, 코어 내 도핑 원소가 표면 불소와 반응하여 불화 금속 화합물를 형성하여 표면에서 존재하는 것을 확인 할 수 있다. For example, in the X-ray photoelectron spectroscopic analysis (XPS) graph of FIG. 2, in the active material according to an embodiment of the present invention, the doping element in the core reacts with the surface fluorine to form a metal fluoride compound, Can be confirmed.
이러한 불화 금속 화합물을 확인 하면, Ca, Ti의 원소들과 결합한 화합물은 확인 할 수 있으나, Mg은 표면에서 확인 할 수 없다. 이 결과로 상기 이온 반경에 따라 일부 도핑 되거나 표면에 존재하는 경향이 확인될 수 있다. When these fluorinated metal compounds are identified, it is possible to identify compounds bound to elements Ca and Ti, but Mg can not be confirmed on the surface. As a result, it can be confirmed that the ions tend to be partially doped or present on the surface depending on the ion radius.
이러한 표면에 존재하는 경향을 응용하여 표면에 상기 화학식 2-1 및/또는 2-2의 불화 금속화합물을 표면에 위치하게 하여 표면부를 개선할 수 있다. 불화 금속 화합물은 전해액과의 젖음성을 떨어뜨려 부반응을 억제하는 역할을 수행하여 표면 안정화를 시킬 수 있다.By applying the tendency existing on such a surface, the surface of the metal fluoride compound of the formula (2-1) and / or the compound of the formula (2-2) is placed on the surface to improve the surface area. The fluorinated metal compound reduces the wettability with the electrolytic solution and plays a role of suppressing the side reaction, so that the surface can be stabilized.
전술한 바와 같이, 상기 불화 금속 화합물은 표면에 존재하는 M1 및/또는 M2와 불소의 반응으로 생성될 수 있다. As described above, the metal fluoride compound can be formed by the reaction of fluorine with M 1 and / or M 2 present on the surface.
구체적인 예를 들어, 상기 불화 금속 화합물은 CaF2, TiF4, 또는 이들의 조합일 수 있다.For example, the fluorinated metal compound may be CaF 2 , TiF 4 , or a combination thereof.
또한 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 구현예에 따른 양극 활물질은 상기 Al을 포함하는 코팅층을 포함할 수 있다. 이러한 Al을 포함하는 화합물의 일 예로, AlF3, Al2O3, 또는 이들의 조합이 있다. Also, as described above, the cathode active material according to an embodiment of the present invention may include a coating layer containing Al. One example of such a compound containing Al is AlF 3 , Al 2 O 3 , or a combination thereof.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 표면에 위치하고 상기 화학식 2-1 및/또는 화학식 2-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층;을 포함하는 화합물과 상기 Al을 포함하는 코팅층의 중량비율은 0.02 내지 0.2일 수 있다. 상기 중량비가 0.02 미만의 경우 코팅층의 역할(전해액 분해나 양극활물질 극표면의 결정 구조 안정화)을 기대할 수 없으며 0.2 초과되면 초기용량 감소 및 충방전 효율의 감소가 나타날 수 있다. A core comprising the compound represented by Formula 1; And a coating layer disposed on the surface of the core and including a compound represented by the general formula (2-1) and / or the general formula (2-2) and the coating layer comprising Al may be 0.02 to 0.2. If the weight ratio is less than 0.02, the role of the coating layer (electrolyte decomposition or crystal structure stabilization of the surface of the cathode active material) can not be expected. If the weight ratio is more than 0.2, initial capacity decrease and charge / discharge efficiency decrease may occur.
상기 고온 및/또는 고전압 조건에서의 용량 및 수명 열화를 개선하기 위해 표면부의 표면개질에 있어서, 상기의 불화 금속 화합물을 포함하는 코팅층과 Al을 포함하는 코팅층을 더 포함하는 복합 코팅층이 효과적일 수 있다. In order to improve the capacity and the service life deterioration at the high temperature and / or high voltage conditions, a composite coating layer which further includes a coating layer containing Al metal and a coating layer containing the metal fluoride compound in the surface modification of the surface portion may be effective .
구체적인 예를 들어, Al을 포함하는 코팅층은 표면에서 전해액과의 부반응을 억제하고, 구조 안정화를 시킬 수 있다. 또한 고온 고전압에서 Co의 용출을 억제하여 전지특성 열화를 개선시킬 수 있다.For example, the coating layer containing Al can suppress the side reaction with the electrolyte on the surface, and can stabilize the structure. Further, the dissolution of Co can be suppressed at a high temperature and a high voltage, so that degradation of battery characteristics can be improved.
상기 Al을 포함하는 코팅층에서 일 예로, AlF3는 표면에서 불소와 반응하여 유래되는 화합물 일 수 있다.
In the coating layer containing Al, for example, AlF 3 may be a compound derived from the reaction with fluorine on the surface.
본 발명의 일 구현예에서는, 상기 코어의 표면에 위치하고 하기 화학식 4-1 및/또는 화학식 4-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층; 및 Al을 포함하는 코팅층;을 포함하는 복합 코팅층;을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 제공할 수 있다. In one embodiment of the present invention, a coating layer positioned on the surface of the core and comprising a compound represented by the following Chemical Formula 4-1 and / or Chemical Formula 4-2; And a coating layer comprising Al. The cathode active material for a lithium secondary battery according to the present invention can be provided.
[화학식 3](3)
Li[LiaA(1-a-b-c-d)MgbM1 cM2 d]O2 - zFz Li [Li a A (1-abcd) Mg b M 1 c M 2 d ] O 2 - z F z
(상기 화학식 3에서, A = NiαCoβMnγ이고, M1 및 M2는 서로 독립적으로, Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Mn, 또는 이들의 조합이고, -0.05 ≤ a ≤ 0.1, 0<b<0.1, 0<c<0.1, 0<d<0.1, 0<z<0.1이고, 0.6 ≤ α ≤ 0.81, 0.10≤ β≤0.20 및 0.10≤ γ≤0.20 이다.)(In the
[화학식 4-1][Formula 4-1]
M3Fx M 3 F x
(상기 화학식 4-1에서,(In the formula 4-1,
M3는 상기 화학식 3의 M1, 또는 M2로부터 유래된 것이고, 0<x≤4 이다.) M 3 is derived from M 1 or M 2 of the above formula (3), and 0 <x? 4.
[화학식 4-2][Formula 4-2]
M4Fy M 4 F y
(상기 화학식 4-2에서,(In the formula 4-2,
M4는 상기 화학식 3의 Ni, Co, Mn 또는 Mg로부터 유래된 것이고, 0<y≤4 이고,M 4 is derived from Ni, Co, Mn or Mg of the above formula (3), 0 <y? 4,
상기 양극 활물질 내 M1/M2의 중량비는 0.8 내지 1.2이다.) The weight ratio of M 1 / M 2 in the cathode active material is 0.8 to 1.2.)
상기의 조성에서도 전술한 본 발명의 일 구현예와 동일하기 때문에 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
Since the composition is the same as that of the above-described embodiment of the present invention, detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 리튬 공급 물질, 전이 금속 전구체, Mg 공급 물질, M1 공급 물질, M2 공급 물질, 및 불소 공급 물질을 건식 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 소성하는 단계; 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 표면에 위치하고 하기 화학식 2-1 및/또는 2-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층;을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 수득하는 단계; 상기 수득된 양극 활물질과 Al을 포함하는 화합물 분말을 건식 혼합하여, 상기 수득된 양극 활물질의 표면에 Al을 포함하는 화합물 분말을 균일하게 부착시키는 단계; 및 상기 Al을 포함하는 화합물 분말이 부착된 양극 활물질을 소성하여, 상기 코어의 표면에 위치하고 하기 화학식 2-1 및/또는 화학식 2-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층; 및 Al을 포함하는 코팅층;을 포함하는 복합 코팅층;을 포함하는 양극 활물질을 수득하는 단계;을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법을 제공할 수 있다. In another embodiment of the present invention, there is provided a process for preparing a lithium battery, comprising: dry-blending a lithium feed material, a transition metal precursor, a Mg feed material, an M 1 feed material, an M 2 feed material, and a fluorine feed material; Calcining the mixture; A core comprising a compound represented by the following formula (1); And a coating layer disposed on the surface of the core and comprising a compound represented by the following formula (2-1) and / or (2-2): (1) obtaining a cathode active material for a lithium secondary battery; Dry mixing the obtained positive electrode active material and a compound powder containing Al to uniformly adhere the compound powder containing Al to the surface of the obtained positive electrode active material; And a coating layer disposed on the surface of the core and comprising a compound represented by the following Chemical Formula 2-1 and / or Chemical Formula 2-2 by firing a cathode active material to which the Al-containing compound powder is adhered, And a coating layer comprising Al, and a step of obtaining a positive electrode active material comprising the composite coating layer including the negative electrode active material and the coating layer containing Al.
[화학식 1][Chemical Formula 1]
LiaCo(1-b-c-d)MgbM1 cM2 dO(2-z)Fz Li a Co (1-bcd) Mg b M 1 c M 2 d O (2-z) F z
(상기 화학식 1에서, (In the formula 1,
M1 및 M2는 Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0.90<a<1.10, 0<b<0.1, 0<c<0.1, 0<d<0.1, 0<z<0.1 이다.)M 1 and M 2 are at least one or more metals selected from the group consisting of Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni and Mn; 0.90 <a <1.10, 0 <b < 0.1, 0 < d < 0.1, 0 < z <
[화학식 2-1][Formula 2-1]
M3Fx M 3 F x
(상기 화학식 2-1에서,(In the above formula (2-1)
M3는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)M 3 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
[화학식 2-2][Formula 2-2]
M4Fx M 4 F x
(상기 화학식 2-2에서,(In the above formula (2-2)
M4는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)M 4 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
상기 Mg, M1 및 M2의 공급물질은 서로 독립적으로, 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 할로겐화물, 탄산염, 초산염, 옥살산염, 시트르산염, 또는 이들의 조합일 수 있다. The feed materials of Mg, M 1 and M 2 may independently be hydroxides, oxyhydroxides, nitrates, halides, carbonates, nitrates, oxalates, citrates, or combinations thereof.
상기 불소 공급물질은 암모늄염, 리튬염, 금속염, 또는 이들의 조합일 수 있다. The fluorine supplying material may be an ammonium salt, a lithium salt, a metal salt, or a combination thereof.
상기 Al 공급물질은 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 할로겐화물, 탄산염, 초산염, 옥살산염 시트르산염, 또는 이들의 조합일 수 있다. The Al feed material may be a hydroxide, oxyhydroxide, nitrate, halide, carbonate, acetate, oxalate citrate, or a combination thereof.
상기 리튬 공급 물질, 전이 금속 전구체, Mg 공급 물질, M1 공급 물질, M2 공급 물질, 및 불소 공급 물질을 건식 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 소성하는 단계;에서, 상기 소성 온도는 800 내지 1050 ℃일 수 있다. 이는 효과적인 도핑 및/또는 코팅층 화합물 형성을 위한 범위일 수 있다. Dry mixing the lithium supply material, the transition metal precursor, the Mg supply material, the M 1 supply material, the M 2 supply material, and the fluorine supply material; And firing the mixture, the firing temperature may be 800 to 1050 캜. This may be an effective doping and / or range for coating layer compound formation.
상기 Al을 포함하는 화합물 분말이 부착된 양극 활물질을 소성하여, 상기 코어의 표면에 위치하고 하기 화학식 2-1 및/또는 화학식 2-2로 표시되는 화합물을 포함하는 코팅층; 및 Al을 포함하는 코팅층;을 포함하는 복합 코팅층;을 포함하는 양극 활물질을 수득하는 단계;에서, 상기 소성 온도는 400 내지 800 ℃일 수 있다. A coating layer disposed on the surface of the core and comprising a compound represented by the following Chemical Formula 2-1 and / or Chemical Formula 2-2 by firing a cathode active material to which the Al-containing compound powder is adhered; And a coating layer comprising Al. In the step of obtaining the cathode active material, the firing temperature may be 400 to 800 ° C.
예를 들어, 400℃ 이하의 온도에서 소성할 경우에는 코팅재와 양극활 물질간의 반응성이 떨어져 코팅재의 유리(遊離)등 코팅의 효과를 기대하기 어렵다. 또한, 800℃ 초과의 온도에서 소성 할 경우에는 Al이 과도하게 도핑되어 전지의 초기 용량의 감소와 함께 상온, 고온 및 저온에서의 수명 특성 저하가 일어날 수 있다.
For example, when firing at a temperature of 400 ° C or less, the reactivity between the coating material and the cathode active material is low, and it is difficult to expect a coating effect such as free coating of the coating material. In addition, when baking is performed at a temperature higher than 800 ° C, Al is excessively doped, so that the initial capacity of the battery may be decreased and the lifetime characteristics at room temperature, high temperature and low temperature may be deteriorated.
본 발명의 다른 일 구현예에서는, 양극, 음극 및 전해질을 포함하는 리튬 이차 전지며, 상기 양극은 전류 집전체 및 상기 전류 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함하며, 상기 양극 활물질층은, 전술한 양극 활물질을 포함하는 것인 리튬 이차 전지를 제공한다. In another embodiment of the present invention, there is provided a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte, wherein the positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on the current collector, And a positive electrode active material.
상기 양극 활물질과 관련된 설명은 전술한 본 발명의 일 구현예와 동일하기 때문에 생략하도록 한다. The description related to the cathode active material is omitted since it is the same as the one embodiment of the present invention described above.
상기 양극 활물질층은 바인더 및 도전재를 포함할 수 있다. The cathode active material layer may include a binder and a conductive material.
상기 바인더는 양극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 양극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로는 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 디아세틸셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the positive electrode active material particles to each other and to adhere the positive electrode active material to the current collector. Typical examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, diacetyl cellulose, polyvinyl Polyvinylpyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-acrylonitrile, styrene-butadiene rubber, Butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like, but not limited thereto.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Carbon-based materials such as black and carbon fiber; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof may be used.
상기 음극은 집전체 및 상기 집전체 위에 형성된 음극 활물질층을 포함하며, 상기 음극 활물질층은 음극 활물질을 포함한다.The negative electrode includes a current collector and a negative active material layer formed on the current collector, and the negative active material layer includes a negative active material.
상기 음극 활물질로는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질, 리튬 금속, 리튬 금속의 합금, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 또는 전이 금속 산화물을 포함한다. The negative electrode active material includes a material capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium ions, a lithium metal, an alloy of lithium metal, a material capable of doping and dedoping lithium, or a transition metal oxide.
상기 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질로는 탄소 물질로서, 리튬 이온 이차 전지에서 일반적으로 사용되는 탄소계 음극 활물질은 어떠한 것도 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 결정질 탄소, 비정질 탄소 또는 이들을 함께 사용할 수 있다. 상기 결정질 탄소의 예로는 무정형, 판상, 린편상(flake), 구형 또는 섬유형의 천연 흑연 또는 인조 흑연과 같은 흑연을 들 수 있고, 상기 비정질 탄소의 예로는 소프트 카본(soft carbon: 저온 소성 탄소) 또는 하드 카본(hard carbon), 메조페이스 피치 탄화물, 소성된 코크스 등을 들 수 있다.As a material capable of reversibly intercalating / deintercalating lithium ions, any carbonaceous anode active material commonly used in lithium ion secondary batteries can be used as the carbonaceous material. Typical examples thereof include crystalline carbon , Amorphous carbon, or a combination thereof. Examples of the crystalline carbon include graphite such as natural graphite or artificial graphite in the form of amorphous, plate-like, flake, spherical or fibrous type. Examples of the amorphous carbon include soft carbon (soft carbon) Or hard carbon, mesophase pitch carbide, fired coke, and the like.
상기 리튬 금속의 합금으로는 리튬과 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al 및 Sn으로 이루어진 군에서 선택되는 금속의 합금이 사용될 수 있다.As the lithium metal alloy, a lithium-metal alloy may be selected from the group consisting of lithium, Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, An alloy of a selected metal may be used.
상기 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질로는 Si, SiOx(0 < x < 2), Si-Y 합금(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Si은 아님), Sn, SnO2, Sn-Y(상기 Y는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 13족 원소, 14족 원소, 전이금속, 희토류 원소 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 원소이며, Sn은 아님) 등을 들 수 있고, 또한 이들 중 적어도 하나와 SiO2를 혼합하여 사용할 수도 있다. 상기 원소 Y로는 Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Tc, Re, Bh, Fe, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Bi, S, Se, Te, Po, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.As the material capable of doping and dedoping lithium, Si, SiO x (0 <x <2), Si-Y alloy (Y is an alkali metal, an alkali earth metal, a Group 13 element, a Group 14 element, Rare earth elements and combinations thereof, but not Si), Sn, SnO 2 , Sn-Y (wherein Y is at least one element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, Group 13 elements, Group 14 elements, Element and an element selected from the group consisting of combinations thereof, and not Sn), and at least one of them may be mixed with SiO 2 . The element Y may be at least one element selected from the group consisting of Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Sc, Y, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb, Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Pb, Ru, Os, Hs, Rh, Ir, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, B, Al, Ga, Sn, In, Ti, Ge, P, As, Sb, Se, Te, Po, and combinations thereof.
상기 전이 금속 산화물로는 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물 등을 들 수 있다.Examples of the transition metal oxide include vanadium oxide, lithium vanadium oxide, and the like.
상기 음극 활물질 층은 또한 바인더를 포함하며, 선택적으로 도전재를 더욱 포함할 수도 있다.The negative electrode active material layer also includes a binder, and may optionally further include a conductive material.
상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 서로 잘 부착시키고, 또한 음극 활물질을 전류 집전체에 잘 부착시키는 역할을 하며, 그 대표적인 예로 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 카르복실화된 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐플루오라이드, 에틸렌 옥사이드를 포함하는 폴리머, 폴리비닐피롤리돈, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 스티렌-부타디엔 러버, 아크릴레이티드 스티렌-부타디엔 러버, 에폭시 수지, 나일론 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The binder serves to adhere the anode active material particles to each other and to adhere the anode active material to the current collector. Typical examples thereof include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl chloride, Such as polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers comprising ethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, polyurethane, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, Styrene-butadiene rubber, epoxy resin, nylon, and the like may be used, but the present invention is not limited thereto.
상기 도전재는 전극에 도전성을 부여하기 위해 사용되는 것으로서, 구성되는 전지에 있어서, 화학변화를 야기하지 않고 전자 전도성 재료이면 어떠한 것도 사용가능하며, 그 예로 천연 흑연, 인조 흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸블랙, 탄소섬유 등의 탄소계 물질; 구리, 니켈, 알루미늄, 은 등의 금속 분말 또는 금속 섬유 등의 금속계 물질; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 폴리머; 또는 이들의 혼합물을 포함하는 도전성 재료를 사용할 수 있다.The conductive material is used for imparting conductivity to the electrode. Any conductive material can be used without causing any chemical change in the battery. Examples of the conductive material include natural graphite, artificial graphite, carbon black, acetylene black, Carbon-based materials such as black and carbon fiber; Metal powders such as copper, nickel, aluminum, and silver, or metal-based materials such as metal fibers; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives; Or a mixture thereof may be used.
상기 집전체로는 구리 박, 니켈 박, 스테인레스강 박, 티타늄 박, 니켈 발포체(foam), 구리 발포체, 전도성 금속이 코팅된 폴리머 기재, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.The collector may be selected from the group consisting of a copper foil, a nickel foil, a stainless steel foil, a titanium foil, a nickel foam, a copper foil, a polymer substrate coated with a conductive metal, and a combination thereof.
상기 전류 집전체로는 Al을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.As the current collector, Al may be used, but the present invention is not limited thereto.
상기 음극과 양극은 활물질, 도전재 및 결착제를 용매 중에서 혼합하여 활물질 조성물을 제조하고, 이 조성물을 전류 집전체에 도포하여 제조한다. 이와 같은 전극 제조 방법은 당해 분야에 널리 알려진 내용이므로 본 명세서에서 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 용매로는 N-메틸피롤리돈 등을 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.The negative electrode and the positive electrode are prepared by mixing an active material, a conductive material and a binder in a solvent to prepare an active material composition, and applying the composition to a current collector. The method of manufacturing the electrode is well known in the art, and therefore, a detailed description thereof will be omitted herein. As the solvent, N-methylpyrrolidone or the like can be used, but it is not limited thereto.
상기 전해질은 비수성 유기 용매와 리튬염을 포함한다. The electrolyte includes a non-aqueous organic solvent and a lithium salt.
상기 비수성 유기 용매는 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 한다. The non-aqueous organic solvent serves as a medium through which ions involved in the electrochemical reaction of the battery can move.
상기 비수성 유기용매로는 카보네이트계, 에스테르계, 에테르계, 케톤계, 알코올계, 또는 비양성자성 용매를 사용할 수 있다. 상기 카보네이트계 용매로는 디메틸 카보네이트(DMC), 디에틸 카보네이트(DEC), 디프로필 카보네이트(DPC), 메틸프로필 카보네이트(MPC), 에틸프로필 카보네이트(EPC), 메틸에틸 카보네이트(MEC), 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 부틸렌 카보네이트(BC) 등이 사용될 수 있으며, 상기 에스테르계 용매로는 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, n-프로필 아세테이트, 디메틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데카놀라이드(decanolide), 발레로락톤, 메발로노락톤(mevalonolactone), 카프로락톤(caprolactone), 등이 사용될 수 있다. 상기 에테르계 용매로는 디부틸 에테르, 테트라글라임, 디글라임, 디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로퓨란, 테트라히드로퓨란 등이 사용될 수 있으며, 상기 케톤계 용매로는 시클로헥사논 등이 사용될 수 있다. 또한 상기 알코올계 용매로는 에틸알코올, 이소프로필 알코올 등이 사용될 수 있으며, 상기 비양성자성 용매로는 R-CN(R은 탄소수 2 내지 20의 직쇄상, 분지상, 또는 환 구조의 탄화수소기이며, 이중결합 방향 환 또는 에테르 결합을 포함할 수 있다) 등의 니트릴류 디메틸포름아미드 등의 아미드류, 1,3-디옥솔란 등의 디옥솔란류 설포란(sulfolane)류 등이 사용될 수 있다. The non-aqueous organic solvent may be a carbonate, ester, ether, ketone, alcohol, or aprotic solvent. Examples of the carbonate solvent include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), methyl propyl carbonate (MPC), ethyl propyl carbonate (EPC), methyl ethyl carbonate (MEC) EC), propylene carbonate (PC), and butylene carbonate (BC) may be used. As the ester solvent, methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, dimethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate , gamma -butyrolactone, decanolide, valerolactone, mevalonolactone, caprolactone, and the like can be used. Examples of the ether solvent include dibutyl ether, tetraglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, and tetrahydrofuran. As the ketone solvent, cyclohexanone may be used have. As the alcoholic solvent, ethyl alcohol, isopropyl alcohol and the like can be used. As the aprotic solvent, R-CN (R is a linear, branched or cyclic hydrocarbon group having 2 to 20 carbon atoms, , A double bond aromatic ring or an ether bond), and dioxolanes such as 1,3-dioxolane, sulfolanes, and the like can be used.
상기 비수성 유기 용매는 단독으로 또는 하나 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 하나 이상 혼합하여 사용하는 경우의 혼합 비율은 목적하는 전지 성능에 따라 적절하게 조절할 수 있고, 이는 당해 분야에 종사하는 사람들에게는 널리 이해될 수 있다.The non-aqueous organic solvent may be used alone or in admixture of one or more. If the non-aqueous organic solvent is used in combination, the mixing ratio may be appropriately adjusted according to the desired cell performance. .
또한, 상기 카보네이트계 용매의 경우 환형(cyclic) 카보네이트와 사슬형(chain) 카보네이트를 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 이 경우 환형 카보네이트와 사슬형 카보네이트는 1:1 내지 1:9의 부피비로 혼합하여 사용하는 것이 전해액의 성능이 우수하게 나타날 수 있다. In the case of the carbonate-based solvent, it is preferable to use a mixture of a cyclic carbonate and a chain carbonate. In this case, when the cyclic carbonate and the chain carbonate are mixed in a volume ratio of 1: 1 to 1: 9, the performance of the electrolytic solution may be excellent.
본 발명의 일 구현예에 따른 비수성 유기용매는 상기 카보네이트계 용매에 방향족 탄화수소계 유기용매를 더 포함할 수도 있다. 이때 상기 카보네이트계 용매와 방향족 탄화수소계 유기용매는 1:1 내지 30:1의 부피비로 혼합될 수 있다.The non-aqueous organic solvent according to an embodiment of the present invention may further include an aromatic hydrocarbon-based organic solvent in the carbonate-based solvent. In this case, the carbonate-based solvent and the aromatic hydrocarbon-based organic solvent may be mixed in a volume ratio of 1: 1 to 30: 1.
상기 방향족 탄화수소계 유기용매로는 하기 화학식 5의 방향족 탄화수소계 화합물이 사용될 수 있다.The aromatic hydrocarbon-based organic solvent may be an aromatic hydrocarbon-based compound represented by the following formula (5).
[화학식 5][Chemical Formula 5]
(상기 화학식 5에서, R1 내지 R6는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C10 알킬기, 할로알킬기 또는 이들의 조합이다.)(Wherein R 1 to R 6 are each independently hydrogen, halogen, a C1 to C10 alkyl group, a haloalkyl group, or a combination thereof)
상기 방향족 탄화수소계 유기용매는 벤젠, 플루오로벤젠, 1,2-디플루오로벤젠, 1,3-디플루오로벤젠, 1,4-디플루오로벤젠, 1,2,3-트리플루오로벤젠, 1,2,4-트리플루오로벤젠, 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 아이오도벤젠, 1,2-디아이오도벤젠, 1,3-디아이오도벤젠, 1,4-디아이오도벤젠, 1,2,3-트리아이오도벤젠, 1,2,4-트리아이오도벤젠, 톨루엔, 플루오로톨루엔, 1,2-디플루오로톨루엔, 1,3-디플루오로톨루엔, 1,4-디플루오로톨루엔, 1,2,3-트리플루오로톨루엔, 1,2,4-트리플루오로톨루엔, 클로로톨루엔, 1,2-디클로로톨루엔, 1,3-디클로로톨루엔, 1,4-디클로로톨루엔, 1,2,3-트리클로로톨루엔, 1,2,4-트리클로로톨루엔, 아이오도톨루엔, 1,2-디아이오도톨루엔, 1,3-디아이오도톨루엔, 1,4-디아이오도톨루엔, 1,2,3-트리아이오도톨루엔, 1,2,4-트리아이오도톨루엔, 자일렌, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이다.The aromatic hydrocarbon-based organic solvent is selected from the group consisting of benzene, fluorobenzene, 1,2-difluorobenzene, 1,3-difluorobenzene, 1,4-difluorobenzene, 1,2,3- , 1,2,4-trifluorobenzene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,3-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,3-trichlorobenzene, 4-trichlorobenzene, iodobenzene, 1,2-diiodobenzene, 1,3-diiodobenzene, 1,4-diiodobenzene, 1,2,3-triiodobenzene, 1,2,4 - triiodobenzene, toluene, fluorotoluene, 1,2-difluorotoluene, 1,3-difluorotoluene, 1,4-difluorotoluene, 1,2,3-trifluorotoluene, 1,2,4-trifluorotoluene, chlorotoluene, 1,2-dichlorotoluene, 1,3-dichlorotoluene, 1,4-dichlorotoluene, 1,2,3-trichlorotoluene, 1,2,4 - trichlorotoluene, iodotoluene, 1,2-diiodotoluene, 1,3-diiodotoluene, 1,4-diiodotol Yen, it is 1,2,3-tree-iodo toluene, 1,2,4-iodo toluene, xylene, and selected from the group consisting of.
상기 비수성 전해질은 전지 수명을 향상시키기 위하여 비닐렌 카보네이트 또는 하기 화학식 6의 에틸렌 카보네이트계 화합물을 더욱 포함할 수도 있다.The non-aqueous electrolyte may further include vinylene carbonate or an ethylene carbonate-based compound represented by the following formula (6) to improve battery life.
[화학식 6][Chemical Formula 6]
(상기 화학식 6에서, R7 및 R8는 각각 독립적으로 수소, 할로겐기, 시아노기(CN), 니트로기(NO2) 또는 C1 내지 C5 플루오로알킬기이고, 상기 R7과 R8중 적어도 하나는 할로겐기, 시아노기(CN), 니트로기(NO2) 또는 C1 내지 C5의 플루오로알킬기이다.)(In
상기 에틸렌 카보네이트계 화합물의 대표적인 예로는 디플루오로 에틸렌카보네이트, 클로로에틸렌 카보네이트, 디클로로에틸렌 카보네이트, 브로모에틸렌 카보네이트, 디브로모에틸렌 카보네이트, 니트로에틸렌 카보네이트, 시아노에틸렌 카보네이트 또는 플루오로에틸렌 카보네이트 등을 들 수 있다. 이러한 수명 향상 첨가제를 더욱 사용하는 경우 그 사용량은 적절하게 조절할 수 있다.Representative examples of the ethylene carbonate-based compound include diethylene carbonate, diethylene carbonate, dibromoethylene carbonate, nitroethylene carbonate, cyanoethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, and the like, such as difluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, . When such a life improving additive is further used, its amount can be appropriately adjusted.
상기 리튬염은 유기 용매에 용해되어, 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하여 기본적인 리튬 이차 전지의 작동을 가능하게 하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진하는 역할을 하는 물질이다. 이러한 리튬염의 대표적인 예로는 LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO2, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수임), LiCl, LiI 및 LiB(C2O4)2(리튬 비스옥살레이토 보레이트(lithium bis(oxalato) borate; LiBOB)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 지지(supporting) 전해염으로 포함한다. 리튬염의 농도는 0.1 내지 2.0M 범위 내에서 사용하는 것이 좋다. 리튬염의 농도가 상기 범위에 포함되면, 전해질이 적절한 전도도 및 점도를 가지므로 우수한 전해질 성능을 나타낼 수 있고, 리튬 이온이 효과적으로 이동할 수 있다.The lithium salt is dissolved in an organic solvent to act as a source of lithium ions in the cell to enable operation of a basic lithium secondary battery and to promote the movement of lithium ions between the anode and the cathode. The lithium salt Representative examples are LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6 ,
리튬 이차 전지의 종류에 따라 양극과 음극 사이에 세퍼레이터가 존재할 수 도 있다. 이러한 세퍼레이터로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드 또는 이들의 2층 이상의 다층막이 사용될 수 있으며, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2층 세퍼레이터, 폴리에틸렌/폴리프로필렌/폴리에틸렌 3층 세퍼레이터, 폴리프로필렌/폴리에틸렌/폴리프로필렌 3층 세퍼레이터 등과 같은 혼합 다층막이 사용될 수 있음은 물론이다.Depending on the type of the lithium secondary battery, a separator may exist between the positive electrode and the negative electrode. The separator may be a polyethylene / polypropylene double layer separator, a polyethylene / polypropylene / polyethylene triple layer separator, a polypropylene / polyethylene / poly It is needless to say that a mixed multilayer film such as a propylene three-layer separator and the like can be used.
리튬 이차 전지는 사용하는 세퍼레이터와 전해질의 종류에 따라 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 및 리튬 폴리머 전지로 분류될 수 있고, 형태에 따라 원통형, 각형, 코인형, 파우치형 등으로 분류될 수 있으며, 사이즈에 따라 벌크 타입과 박막 타입으로 나눌 수 있다. 이들 전지의 구조와 제조방법은 이 분야에 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.The lithium secondary battery can be classified into a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, and a lithium polymer battery depending on the type of the separator and electrolyte used. The lithium secondary battery can be classified into a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, Depending on the size, it can be divided into bulk type and thin type. The structure and the manufacturing method of these cells are well known in the art, and detailed description thereof will be omitted.
도 1에 본 발명의 리튬 이차 전지의 대표적인 구조를 개략적으로 나타내었다. 도 1에 나타낸 것과 같이 상기 리튬 이차 전지(1)는 양극(3), 음극(2) 및 상기 양극(3)과 음극(2) 사이에 존재하는 세퍼레이터(4)에 함침된 전해액을 포함하는 전지 용기(5)와, 상기 전지 용기(5)를 봉입하는 봉입 부재(6)를 포함한다.
FIG. 1 schematically shows a representative structure of the lithium secondary battery of the present invention. 1, the lithium secondary battery 1 includes a
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명의 일 실시예 일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, examples and comparative examples of the present invention will be described. However, the following examples are only illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
실시예Example
실시예Example 1 One
Co3O4와 Li2CO3의 화학양론적 비율의 혼합물에 활물질 기준으로 MgCO3, CaF2, 및, TiO2가 하기 표 1에 나타낸 함량이 되게 혼합물과 건식 혼합한 후, 이를 1000℃로 10 시간 동안 열처리하여 양극 활물질을 제조하였다. CaCO 3 , CaF 2 , and TiO 2 based on the active material were dry mixed with the mixture so as to have the contents shown in the following Table 1, and then they were mixed at a stoichiometric ratio of Co 3 O 4 and Li 2 CO 3 at 1000 ° C. Followed by heat treatment for 10 hours to prepare a cathode active material.
제조된 양극 활물질과 Al(OH)3 분말을 100 : 0.2 의 중량비(양극 활물질:Al(OH)3 분말)로 건식 혼합하여 분산된 Al(OH)3 분말이 양극 활물질 입자 표면에 균일하게 부착시켰다.The prepared cathode active material and Al (OH) 3 powder were dry mixed with a weight ratio of 100: 0.2 (cathode active material: Al (OH) 3 powder) to uniformly adhere the dispersed Al (OH) 3 powder to the surface of the cathode active material .
상기 건식 혼합된 분말을 600 ℃로 5h시간 열처리하여 리튬 이온 양극 활물질을 제조하였다.
The dry mixed powder was heat-treated at 600 ° C for 5 hours to prepare a lithium ion cathode active material.
실시예Example 2 2
Ni0 .60Co0 .20Mn0 .20(OH)2와 Li2CO3의 화학양론적 비율의 혼합물에 활물질 기준으로 MgCO3, CaF2, 및, TiO2가 하기 표 1에 나타낸 함량이 되게 혼합물과 건식 혼합한 후, 이를 850℃로 10 시간 동안 열처리하여 양극 활물질을 제조하였다. Ni 0 .60 Co 0 .20 Mn 0 .20 (OH) 2 and Li 2 MgCO 3, to the CaF 2, and, TiO 2 as the active material based on a mixture of a stoichiometric ratio of CO 3 the amount shown in Table 1 And the mixture was heat-treated at 850 ° C for 10 hours to prepare a cathode active material.
제조된 양극 활물질과 Al(OH)3 분말을 100 : 0.2 의 중량비(양극 활물질:Al(OH)3 분말)로 건식 혼합하여 분산된 Al(OH)3 분말이 양극 활물질 입자 표면에 균일하게 부착시켰다.The prepared cathode active material and Al (OH) 3 powder were dry mixed with a weight ratio of 100: 0.2 (cathode active material: Al (OH) 3 powder) to uniformly adhere the dispersed Al (OH) 3 powder to the surface of the cathode active material .
상기 건식 혼합된 분말을 400 ℃로 5h시간 열처리하여 리튬 이온 양극 활물질을 제조하였다.
The dry mixed powder was heat-treated at 400 ° C for 5 hours to prepare a lithium ion cathode active material.
비교예Comparative Example 1 One
전이금속 전구체로서 Co3O4과 Li2CO3의 화학양론적 비율의 혼합물에 MgCO3, CaF2, 및 TiO2를 하기 표 1에 나타낸 함량이 되게 혼합물과 건식 혼합한 후, 혼합물을 1000℃로 10 시간 동안 열처리하여 양극 활물질을 제조하였다.
MgCO 3 , CaF 2 , and TiO 2 were dry mixed with the mixture to the contents shown in the following Table 1 at a stoichiometric ratio of Co 3 O 4 and Li 2 CO 3 as transition metal precursors, For 10 hours to prepare a cathode active material.
비교예Comparative Example 2 2
전이금속 전구체로서 Co3O4과 Li2CO3의 화학양론적 비율의 혼합물에 MgCO3, CaCO3, 및 TiO2를 하기 표 1에 나타낸 함량이 되게 혼합물과 건식 혼합한 후, 혼합물을 1000℃로 10 시간 동안 열처리하여 양극 활물질을 제조하였다. MgCO 3 ,
제조 된 양극 활물질과 Al(OH)3 분말을 100 : 0.2 의 중량비로 건식 혼합하여 분산된 Al(OH)3 분말이 양극 활물질 입자 표면에 균일하게 부착시켰다.The prepared cathode active material and Al (OH) 3 powder were dry mixed at a weight ratio of 100: 0.2 to uniformly adhere the dispersed Al (OH) 3 powder to the surface of the cathode active material particle.
상기 건식 혼합된 분말을 600 ℃로 5h시간 열처리하여 리튬 이온 양극 활물질을 제조하였다.
The dry mixed powder was heat-treated at 600 ° C for 5 hours to prepare a lithium ion cathode active material.
비교예Comparative Example 3 3
전이금속 전구체로서 Co3O4과 Li2CO3의 화학양론적 비율의 혼합물에 MgCO3, CaCO3, 및 TiO2를 하기 표 1에 나타낸 함량이 되게 혼합물과 건식 혼합한 후, 혼합물을 1000℃로 10 시간 동안 열처리하여 양극 활물질을 제조하였다.
MgCO 3 , CaCO 3 , and TiO 2 were dry mixed with the mixture to the contents shown in the following Table 1 as a transition metal precursor in a stoichiometric ratio of Co 3 O 4 and Li 2 CO 3 , For 10 hours to prepare a cathode active material.
비교예Comparative Example 4 4
전이금속 전구체로서 Co3O4과 Li2CO3의 화학양론적 비율의 혼합물을 1000℃로 10 시간 동안 열처리하여 양극 활물질을 제조하였다.
As a transition metal precursor, a mixture of stoichiometric proportions of Co 3 O 4 and Li 2 CO 3 was heat-treated at 1000 ° C for 10 hours to prepare a cathode active material.
비교예Comparative Example 5 5
전이금속 전구체로서 Ni0 .60Co0 .20Mn0 .20(OH)2과 Li2CO3의 화학양론적 비율의 혼합물을 850℃로 10 시간 동안 열처리하여 양극 활물질을 제조하였다.
A cathode active material was prepared by heat treating a mixture of stoichiometric proportions of Ni 0 .60 Co 0 .20 Mn 0 .20 (OH) 2 and Li 2 CO 3 as a transition metal precursor at 850 ° C. for 10 hours.
코인셀의Coin cell 제조 Produce
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 양극 활물질 95 중량%, 도전제로 카본 블랙(carbon black) 2.5 중량%, 결합제로 PVDF 2.5중량% 를 용제(솔벤트)인 N-메틸-2 피롤리돈(NMP) 5.0 중량%에 첨가하여 양극 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 슬러리를 두께 20 내지 40㎛의 양극 집전체인 알루미늄(Al) 박막에 도포 및 진공 건조하고 롤 프레스(roll press)를 실시하여 양극을 제조하였다.N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent was mixed with 95 weight% of the cathode active material prepared in the above Examples and Comparative Examples, 2.5 weight% of carbon black as a conductive agent and 2.5 weight% of PVDF as a binder. To 5.0 wt% to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was coated on an aluminum (Al) thin film as a positive electrode current collector having a thickness of 20 to 40 mu m, followed by vacuum drying and roll pressing to produce a positive electrode.
음극으로는 Li-금속을 이용하였다.Li-metal was used as the cathode.
이와 같이 제조된 양극과 Li-금속을 대극으로, 전해액으로는 1.15M LiPF6EC:DMC(1:1vol%)을 사용하여 코인 셀 타입의 반쪽 전지를 제조하였다.A coin-cell type half-cell was fabricated by using the thus prepared positive electrode and Li-metal as a counter electrode and using 1.15M LiPF6EC: DMC (1: 1 vol%) as an electrolyte solution.
충방전은 4.5-3.0V 범위에서 실시하였으며 수명의 경우 1.0C 율로 실시하였다
Charging and discharging was carried out in the range of 4.5-3.0V, and the lifetime was 1.0C
실험예Experimental Example 1: 전지 특성 평가 1: Evaluation of battery characteristics
하기 표 2은 상기의 실시예 및 비교예의 4.5V 45℃ 고온 고전압 조건에서의 초기 Formation, 1cyle, 30cycle, 50cycle 용량 및 수명특성 데이터이다.Table 2 below shows initial formations, 1 cycle, 30 cycle, 50 cycle capacity and life characteristic data at 4.5 V and high temperature and high voltage condition of the above Examples and Comparative Examples.
방전용량1CY
Discharge capacity
방전용량30CY
Discharge capacity
방전용량50CY
Discharge capacity
(30CY/
1CY, %)Life characteristics
(30CY /
1CY,%)
(50CY/
1CY, %)Life characteristics
(50CY /
1CY,%)
(1.0/0.1C, %)Rate characteristic
(1.0 / 0.1C,%)
상기 표 2에서 코어부는 M1 및/또는 M2로 도핑되어 있고, 표면의 적어도 일부에 화학식 2-1 및/또는 화학식 2-2를 포함하며, 상기 도핑되는 M1 및/또는 M2과 결합하는 불화 금속 화합물과 상기 코어부의 금속에서 유래하는 불화 금속 화합물과 Al을 포함하는 코팅층을 더 포함하는 실시예 1은 복합 코팅층을 포함하지 않는 비교예 1 내지 4에 비하여 뛰어난 전지 특성이 확인 된다. And doped with M 1 and / or M 2 in the core portion in Table 2, including a formula 2-1 and / or formula 2-2 on at least a portion of the surface, combined with the M 1 and / or M 2 in which the doping And a coating layer containing Al and a fluoride metal compound derived from the metal of the core portion, and Al were found to be superior to those of Comparative Examples 1 to 4 which did not include the composite coating layer.
보다 구체적으로, 수명 특성에서 뛰어난 특성이 확인 된다. 특히 30cy 이상의 장수명에서 더 뛰어남이 확인 된다. 불화 금속 화합물과 Al을 포함하는 코팅층의 복합 코팅층을 포함하는 실시예 1은 복합 코팅층을 형성하지 않고 불화 금속 화합물 코팅층을 포함하는 비교예 1, Al을 포함하는 코팅층을 포함하는 비교예 2를 비교하면 수명 특성의 차이가 확인 된다. More specifically, excellent characteristics in life characteristics are confirmed. Especially, it is confirmed that the long life of more than 30cy is better. Example 1 including a composite coating layer of a coating layer containing a metal fluoride compound and Al was compared with Comparative Example 1 which included a fluorinated metal compound coating layer without forming a composite coating layer and Comparative Example 2 which included a coating layer containing Al A difference in life characteristic is confirmed.
또한 조성이 다른 양극 활물질인 실시예 2와 비교예 5에서도 상기의 특성 차이가 확인 된다.
Also in Example 2 and Comparative Example 5, which are cathode active materials having different compositions, the above-mentioned characteristic differences are confirmed.
실험예Experimental Example 2: X선 광전자 분광 분석(X- 2: X-ray photoelectron spectroscopy (X- rayray PhotoelectronPhotoelectron SpectroscopySpectroscopy ; ; XPSXPS ))
상기 실시예 1에서 제조한 양극 활물질에 대하여 XPS 분석하여 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2로부터 코어부는 M1 및/또는 M2로 도핑되어 있고, 표면의 적어도 일부에 화학식 2-1 및/또는 화학식 2-2를 포함하며, 상기 도핑되는 M1 및/또는 M2과 결합하는 불화 금속 화합물과 상기 코어부의 금속에서 유래하는 불화 금속 화합물과 Al을 포함하는 코팅층을 더 포함하는 활물질을 수득한 것을 확인할 수 있었다.
The positive electrode active material prepared in Example 1 was analyzed by XPS and the results are shown in FIG. 2 from the core portion is doped with the M 1 and / or M 2, and comprises a formula 2-1 and / or formula 2-2 on at least a portion of the surface, which combines the M 1 and / or M 2 in which the doping It was confirmed that an active material further comprising a fluoride metal compound, a fluoride metal compound derived from the metal of the core portion, and a coating layer containing Al was obtained.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims. As will be understood by those skilled in the art. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
Claims (17)
상기 코어의 표면에 위치하는 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물, 상기 코어의 표면에 위치하는 하기 화학식 2-2로 표시되는 화합물, 및 상기 코어의 표면에 위치하는 Al을 포함하는 화합물을 포함하는 표면부;를 포함하고,
하기 M3 및 M4는 상이한 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질.
[화학식 1]
LiaCo(1-b-c-d)MgbM1 cM2 dO(2-z)Fz
(상기 화학식 1에서,
M1 및 M2는 상이하며, 서로 독립적으로 Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0.90<a<1.10, 0<b<0.1, 0<c<0.1, 0<d<0.1, 0<z<0.1 이다.)
[화학식 2-1]
M3Fx
(상기 화학식 2-1에서,
M3는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)
[화학식 2-2]
M4Fx
(상기 화학식 2-2에서,
M4는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)
A core comprising a compound represented by the following formula (1);
A compound represented by the following formula (2-1) located on the surface of the core, a compound represented by the following formula (2-2) located on the surface of the core, and a compound comprising Al located on the surface of the core And a surface portion,
Wherein M < 3 > and M < 4 >
Cathode active material for lithium secondary battery.
[Chemical Formula 1]
Li a Co (1-bcd) Mg b M 1 c M 2 d O (2-z) F z
(In the formula 1,
M 1 and M 2 are different from each other and independently of one another are at least one metal selected from the group consisting of Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni and Mn, 0.1, 0 <c <0.1, 0 <d <0.1, 0 <z <0.1.
[Formula 2-1]
M 3 F x
(In the above formula (2-1)
M 3 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
[Formula 2-2]
M 4 F x
(In the above formula (2-2)
M 4 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
상기 M1은 Ca 인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein M < 1 > is Ca.
상기 M2은 Ti, Zr 또는 이들의 조합인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
And M 2 is Ti, Zr or a combination thereof.
상기 Mg, M1 및 M2의 몰 도핑비율은, 서로 독립적으로 0.001 내지 0.01 인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
The molar doping ratio of Mg, M 1 and M 2 is independently 0.001 to 0.01.
상기 표면부에서,
상기 화학식 2-1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2-2로 표시되는 화합물은 서로 독립적으로 상기 도핑되는 M1 또는 M2 중 적어도 어느 하나와 결합한 불화 금속 화합물인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
In the surface portion,
Wherein the compound represented by Formula 2-1 and the compound represented by Formula 2-2 are independently a fluoride compound bonded to at least one of the doped M 1 or M 2 .
상기 화학식 2-1로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 2-2로 표시되는 화합물은 서로 독립적으로, CaF2,또는 TiF4 인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
6. The method of claim 5,
Wherein the compound represented by Formula 2-1 and the compound represented by Formula 2-2 are independently of each other CaF 2 or TiF 4 .
상기 표면부는 상기 코어부 금속에서 유래되는 불화 금속 화합물을 더 포함하는 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the surface portion further comprises a fluoride metal compound derived from the core metal.
상기 Al을 포함하는 화합물은 AlF3, Al2O3, 또는 이들의 조합인 화합물을 포함하는 것인 것인 리튬 이차 전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
Wherein the Al-containing compound comprises AlF 3 , Al 2 O 3 , or a combination thereof.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 코어; 상기 코어의 표면에 위치하는 화학식 2-1로 표시되는 화합물; 및 상기 코어의 표면에 위치하는 화학식 2-2로 표시되는 화합물의 총중량과 상기 Al을 포함하는 화합물의 중량비율은 0.02 내지 0.2 인 것인 리튬 이차전지용 양극 활물질.
The method according to claim 1,
A core comprising the compound represented by Formula 1; A compound represented by the formula (2-1) located on the surface of the core; And the weight ratio of the compound containing Al to the total weight of the compound represented by the formula (2-2) located on the surface of the core is 0.02 to 0.2.
상기 코어의 표면에 위치하는 하기 화학식 4-1로 표시되는 화합물, 상기 코어의 표면에 위치하는 하기 화학식 4-2로 표시되는 화합물, 및 상기 코어의 표면에 위치하는 Al을 포함하는 화합물을 포함하는 표면부;를 포함하고,
하기 M3 및 M4는 상이한 것인,
리튬 이차 전지용 양극 활물질.
[화학식 3]
Li[LiaA(1-a-b-c-d)MgbM1 cM2 d]O2-zFz
(상기 화학식 3에서, A = NiαCoβMnγ이고, M1 및 M2는 상이하며, 서로 독립적으로 Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Mn, 또는 이들의 조합이고, -0.05 ≤ a ≤ 0.1, 0<b<0.1, 0<c<0.1, 0<d<0.1, 0<z<0.1이고, 0.6 ≤ α ≤ 0.81, 0.10≤ β≤0.20 및 0.10≤ γ≤0.20 이다.)
[화학식 4-1]
M3Fx
(상기 화학식 4-1에서,
M3는 상기 화학식 3의 M1, 또는 M2로부터 유래된 것이고, 0<x≤4 이다.)
[화학식 4-2]
M4Fy
(상기 화학식 4-2에서,
M4는 상기 화학식 3의 Ni, Co, 또는 Mn으로부터 유래된 것이고, 0<y≤4 이다.)
A core comprising a compound represented by the following formula (3);
A compound represented by the following formula (4-1) located on the surface of the core, a compound represented by the following formula (4-2) located on the surface of the core, and a compound comprising Al located on the surface of the core And a surface portion,
Wherein M < 3 > and M < 4 >
Cathode active material for lithium secondary battery.
(3)
Li [Li a A (1-abcd) Mg b M 1 c M 2 d ] O 2-z F z
(And in the formula 3, A = a Ni α Co β Mn γ, M 1 and M 2 are different and are, independently of each other, Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Mn, or combinations thereof, 0.1? 0? B? 0.1, 0? C? 0.1, 0? D <0.1, 0? Z? 0.1, 0.6??? 0.81, 0.10??? .)
[Formula 4-1]
M 3 F x
(In the formula 4-1,
M 3 is derived from M 1 or M 2 in the formula (3), and 0 <x? 4.
[Formula 4-2]
M 4 F y
(In the formula 4-2,
M 4 is derived from Ni, Co or Mn of the above formula (3), and 0 < y? 4.
상기 혼합물을 소성하는 단계;
하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 코어; 및 상기 코어의 표면에 위치하는 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물, 상기 코어의 표면에 위치하는 하기 화학식 2-2로 표시되는 화합물, 및 상기 코어의 표면에 위치하는 Al을 포함하는 화합물 포함하는 표면부;를 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질을 수득하는 단계;
상기 수득된 양극 활물질과 Al을 포함하는 화합물 분말을 건식 혼합하여, 상기 수득된 양극 활물질의 표면에 Al을 포함하는 화합물 분말을 균일하게 부착시키는 단계; 및
상기 Al을 포함하는 화합물 분말이 부착된 양극 활물질을 소성하여, 상기 코어의 표면에 위치하는 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물, 상기 코어의 표면에 위치하는 화학식 2-2로 표시되는 화합물, 및 상기 코어의 표면에 위치하는 Al을 포함하는 화합물을 포함하는 표면부;를 포함하고, 하기 M3 및 M4는 상이한 것인 양극 활물질을 수득하는 단계;
을 포함하는 리튬 이차 전지용 양극 활물질의 제조 방법.
[화학식 1]
LiaCo(1-b-c-d)MgbM1 cM2 dO(2-z)Fz
(상기 화학식 1에서,
M1 및 M2는 상이하며, 서로 독립적으로 Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0.90<a<1.10, 0<b<0.1, 0<c<0.1, 0<d<0.1, 0<z<0.1 이다.)
[화학식 2-1]
M3Fx
(상기 화학식 2-1에서,
M3는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)
[화학식 2-2]
M4Fx
(상기 화학식 2-2에서,
M4는, Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co 및 Mn으로 이루어진 군에서 선택된 금속 중 적어도 하나 이상의 금속이고, 0<x≤4 이다.)
Dry mixing the lithium feed material, the transition metal precursor, the Mg feed material, the M 1 feed material, the M 2 feed material, and the fluorine feed material;
Calcining the mixture;
A core comprising a compound represented by the following formula (1); And a compound represented by the following formula (2-1) located on the surface of the core, a compound represented by the following formula (2-2) located on the surface of the core, and a compound comprising Al located on the surface of the core A method for producing a lithium secondary battery, comprising the steps of: obtaining a cathode active material for a lithium secondary battery comprising:
Dry mixing the obtained positive electrode active material and a compound powder containing Al to uniformly adhere the compound powder containing Al to the surface of the obtained positive electrode active material; And
(2-1) located on the surface of the core, the compound represented by the formula (2-2) located on the surface of the core, and the compound represented by the formula A surface portion including a compound containing Al located on a surface of the core, wherein M 3 and M 4 are different from each other;
Wherein the positive electrode active material is a lithium secondary battery.
[Chemical Formula 1]
Li a Co (1-bcd) Mg b M 1 c M 2 d O (2-z) F z
(In the formula 1,
M 1 and M 2 are different from each other and independently of one another are at least one metal selected from the group consisting of Zr, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni and Mn, 0.1, 0 <c <0.1, 0 <d <0.1, 0 <z <0.1.
[Formula 2-1]
M 3 F x
(In the above formula (2-1)
M 3 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
[Formula 2-2]
M 4 F x
(In the above formula (2-2)
M 4 is at least one metal selected from the group consisting of Li, Ti, Ca, V, Zn, Mo, Ni, Co and Mn and 0 &
상기 Mg, M1, 및 M2의 공급물질은 서로 독립적으로 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 할로겐화물, 탄산염, 초산염, 옥살산염, 시트르산염, 또는 이들의 조합인 형태인 것인 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the Mg, M 1 and M 2 supply materials are in the form of hydroxides, oxyhydroxides, nitrates, halides, carbonates, nitrates, oxalates, citrates or combinations thereof. ≪ / RTI >
상기 불소 공급물질은 암모늄염, 리튬염, 금속염, 또는 이들의 조합인 것인 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the fluorine supplying material is an ammonium salt, a lithium salt, a metal salt, or a combination thereof.
상기 Al을 포함하는 화합물은 수산화물, 옥시수산화물, 질산염, 할로겐화물, 탄산염, 초산염, 옥살산염, 시트르산염, 또는 이들의 조합인 것인 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the Al-containing compound is a hydroxide, an oxyhydroxide, a nitrate, a halide, a carbonate, a nitrate, a oxalate, a citrate, or a combination thereof.
상기 리튬 공급 물질, 전이 금속 전구체, Mg 공급 물질, M1 공급 물질, M2 공급 물질, 및 불소 공급 물질을 건식 혼합하는 단계; 및 상기 혼합물을 소성하는 단계;에서,
상기 소성 온도는 800 내지 1050 ℃ 인 것인 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
Dry mixing the lithium supply material, the transition metal precursor, the Mg supply material, the M 1 supply material, the M 2 supply material, and the fluorine supply material; And firing the mixture,
Wherein the calcination temperature is 800 to 1050 占 폚.
상기 Al을 포함하는 화합물 분말이 부착된 양극 활물질을 소성하여, 상기 코어의 표면에 위치하는 하기 화학식 2-1로 표시되는 화합물, 상기 코어의 표면에 위치하는 화학식 2-2로 표시되는 화합물, 및 상기 코어의 표면에 위치하는 Al을 포함하는 화합물을 포함하는 표면부;를 포함하고, 하기 M3 및 M4는 상이한 것인 양극 활물질을 수득하는 단계;에서,
상기 소성 온도는 400 내지 800 ℃ 인 것인 리튬 이차전지용 양극 활물질의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
(2-1) located on the surface of the core, the compound represented by the formula (2-2) located on the surface of the core, and the compound represented by the formula And a surface portion comprising a compound containing Al located on the surface of the core, wherein M 3 and M 4 are different from each other,
Wherein the calcination temperature is 400 to 800 ° C. 2. A method for producing a cathode active material for a lithium secondary battery according to claim 1,
음극 활물질을 포함하는 음극; 및
전해질;
을 포함하는 리튬 이차 전지.
A positive electrode comprising the positive electrode active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 10;
A negative electrode comprising a negative electrode active material; And
Electrolyte;
≪ / RTI >
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